Laboratorietester av betain og andre baneavisingsmidler - smelteegenskaper og infiltrasjonsforsøk

Abstract

Baneavisingsmidler benyttes for å sikre tilstrekkelig høy friksjon på rullebaner ved vinterforhold. Urea var vanlig å benytte som baneavisingsmiddel tidligere, men miljøskadelige effekter ved urea har gjort at de fleste lufthavner har gått over til å bruke acetat- eller formiatbaserte baneavisingsmidler. Salter av formiater og acetater kan forårsake korrosjon av flymaterialer som medfører betydelige vedlikeholdskostnader. Betainbaserte baneavisingsmidler kan være et alternativt baneavisingsmiddel. Betain er mindre korrosivt enn formiater og acetater, og utslipp av betain innebærer en lavere miljøbelastning enn utslipp av urea. I denne studien ble egenskapene til de betainbaserte baneavisingsmidlene Betafrost L Plus, Betafrost G og Nutristim sammenliknet med egenskapene til de formiatbaserte baneavisingsmidlene Aviform L50 og Aviform S-Solid, og vannfortynnet og fast urea. Baneavisingsmidlenes kjemiske egenskaper ble undersøkt. Smelteegenskapene ble undersøkt ved å måle issmeltingsrate og -kapasitet ved -2, -4 og -6 °C. I tillegg ble det utført renseforsøk av betain ved å føre vann med betain gjennom kolonner med jord og filtermaterialene aktivt kull, clinoptilolite, aktivert glassfiltermedium, kalsiumkarbonat, kvartssand, mangandioksid og kombinasjoner av disse filtermaterialene. De betainbaserte baneavisingsmidlene hadde betydelig lavere ledningsevne enn de formiatbaserte avisingsmidlene, som viser at betainbaserte baneavisingsmidler er mindre korrosive. Issmeltingsraten og -kapasiteten til de betainbaserte baneavisingsmidlene var dårligere enn for de formiatbaserte baneavisingsmidlene, men de betainbaserte baneavisingsmidlene viste like god smelteeffekt som urea. For alle avisingsmidlene avtok issmeltingsraten og -kapasiteten med synkende temperatur. Ved de laveste temperaturene, spesielt -6 °C, var det en tendens at smeltevannet frøys på igjen i løpet av testen. Det ble vist at issmeltingsraten og -kapasiteten kan økes ved å øke konsentrasjonen av avisingsmiddel i løsningene som påføres, eller ved å påføre en større mengde baneavisingsmiddel. Blandinger med Nutristim og vann viste like god smelteeffekt som produktet Betafrost L Plus, og bedre smelteeffekt enn blandinger med Betafrost G og vann. Generelt viste avisingsmidlene i fast form lavere smeltekapasitet per masse rent middel og fungerte saktere enn avisingsmidlene i flytende form. Aktivt kull reduserte innholdet av totalt nitrogen, totalt organisk karbon og biokjemisk oksygenforbruk i vannet med betain effektivt i noen uker, men deretter avtok renseeffekten. De øvrige filtermaterielene som ble testet viste lav eller ingen renseeffekt. Denne studien har vist at betainbaserte baneavisingsmidler kan være aktuelt å benytte på rullebaner fordi de viser like gode smelteegenskaper som urea i laboratorietester. Storskala tester av betainbaserte avisingsmidler på rullebaner vil gi kunnskap om hvordan disse avisingsmidlene fungerer under reelle betingelser. Dersom det skal lages blandinger av fast betain og vann direkte ved flyplasser, anbefales det å benytte Nutristim ettersom det løses lettere i vann og ga bedre smelteeffekt enn blandinger med Betafrost G. Ved bytte til betain som baneavisingsmiddel bør løsninger for rensing av avrenningsvann med betain utredes nærmere.

Runway de-icing agents are used to ensure sufficient friction on runways during winter conditions. Urea was commonly used as runway de-icing agent in the past, but undesirable environmental effects of urea has made most airports switch to de-icing agents based on acetates or formates. However, salts of formates and acetates can cause corrosion of aircraft materials, which entails significant maintenance costs. De-icing agents based on betaine may be an alternative de-icing agent. Betaine is less corrosive than formates and acetates, and emissions of betaine have less environmental impact than urea. In this study, the properties of the betaine-based de-icing agents Betafrost L Plus, Betafrost G and Nutristim were compared with the properties of the formate-based de-icing agents Aviform L50 and Aviform S-Solid, and liquid and solid urea. Chemical properties of the de-icing agents were investigated. Ice-melting properties were investigated by measuring ice melting rate and capacity at -2, -4 and -6 °C. In addition, experiments were performed with cleansing water with betaine through soil and the filter materials activated carbon, clinoptilolite, activated glass filter medium, calcium carbonate, quartz sand, manganese dioxide and combinations of these materials. The betaine-based de-icing agents had significantly lower conductivity than the formate-based de-icing agents, which shows that the betaine-based de-icing agents are less corrosive. The ice-melting rate and capacity of the betaine-based de-icing agents were lower than for the formate-based de-icing agents, but the betaine-based de-icing agents showed similar icemelting performance as urea. For all the de-icing agents, the ice-melting rate and capacity decreased with decreasing temperature. At the lowest temperatures, especially -6 °C, the melted water had a tendency to freeze during the test. It was shown that the ice-melting rate and capacity can be increased by increasing the concentration of de-icing agent in the solutions applied, or by applying a larger amount of de-icing agent. Mixtures with Nutristim and water showed similar ice-melting effect as Betafrost L Plus, and better ice-melting effect than mixtures with Betafrost G and water. In general, the de-icing agents in solid form showed lower icemelting capacity per mass and worked slower than the de-icing agents in liquid form. Activated carbon reduced the content of total nitrogen, total organic carbon and biochemical oxygen demand in the water with betaine efficiently at first, but after a few weeks, the cleansing effect decreased. The other filter materials tested showed low or no cleansing effect. This study has shown that betaine-based de-icing agents have potential for runway use because they show ice-melting properties comparable to urea in laboratory tests. Large-scale tests of betaine-based de-icing agents on runways will provide knowledge on how these deicing agents perform under real conditions. If solid betaine and water are going to be mixed at airports, Nutristim is recommended, as it dissolves more readily in water and showed better icemelting properties than mixtures with Betafrost G. If airports switch to betaine as the main deicing agent, solutions for treatment of run-off water containing betaine should be investigated.